液压变压器的特性分析

　　1 引言

　　液压变压器是在恒压网络系统下发展而产生的一种液压元件,在液压传动中能够实现压力转换。它相当于压力转换器,可以将恒压网络的压力无节流损失地调整为负载所需的压力范围。液压变压器早在1965年就有美国专利对其进行描述,直至20世纪80年代,液压变压器在结构上一直没有很大的改进,基本上都是将轴向柱塞泵和马达通过刚性轴机械地连接在一起的结构形式,可被称为传统型液压变压器,它很好地解决了恒压网络系统中驱动旋转负载的工况。1997年由荷兰的Innas公司和Noax公司联合提出新型液压变压器的设计概念。新型液压变压器将液压泵和液压马达的功能集为一身,组成了一个独立的液压元件,简化了其结构形式,填补了在恒压网络系统中无节流损失地直接驱动直线负载的空白[1]。第1台液压变压器的样机是基于定量轴向柱塞泵或马达结构经过必要的变化而得到的,如图1所示。

　　新型液压变压器以其结构简化、效率高及可靠性好等优点赢得国内外研究者的普遍关注。对新型液压变压器的研究,国外已经对第1台样机的性能进行了测试,并将其试用在叉式提升机上。之后,Innas又对具有很强竞争性的用液压变压器驱动液压马达来联合控制车轮的静液驱动车辆进行了试验研究,由于充分利用了恒压网络系统中引入液压变压器的优势,显著地降低了发动机的功率[2]。而国内对于这方面的研究也正在深入展开,目前以浙江大学和哈尔滨工业大学研究较多。但有关液压变压器的理论设计计算方面的研究有待完善,本文旨在对液压变压器进行深入的理论分析,为完善液压变压器的理论和试验研究提供有价值的参考。

　　2 液压变压器的工作原理

　　目前研究的新型液压变压器是在斜轴式定量轴向柱塞泵或马达的结构上经过必要的改造而得到的,其结构示意图如图2a所示,从图中可以看出,液压变压器的结构与斜轴式轴向柱塞泵或马达基本相同,主要区别在于配流盘和后端盖的结构形式,配流盘由原来的2个腰形槽改为3个,即A、B和T,它们分别与恒压网络、负载和油箱相连,通过改变配流盘绕缸体中心线的旋转角D来改变进、出变压器3个腰形槽的油液流量,从而调节缸体的旋转速度和变压器的变压比。液压变压器的简化符号如图2b所示。

　　在液压系统中,若将恒压网络压力pA调节到负载压力pB,通常采用节流控制方式,按图3中曲线1进行调压,此时造成的能量损失为:

　　若采用液压变压器则可以按图3中的曲线2进行调压,忽略内部损失以及与油箱连接的能量,则应该遵循如下的能量守恒方程[1]: